KR102460267B1 - 카본브러쉬 소모량 측정장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 카본브러쉬 소모량 측정장치에 있어서, 일단이 회전자와 접촉하는 복수 개의 카본브러쉬와, 상기 카본브러쉬를 지지하는 브러쉬지지부와, 상기 카본브러쉬를 상기 회전자 방향으로 가압하는 탄성스프링과, 상기 복수 개의 카본브러쉬의 타단에 각각 결합되어 상기 카본브러쉬와 전기적으로 연결된 복수 개의 피그테일을 포함하는 카본브러쉬 장치의 상기 카본브러쉬 소모량을 측정하기 위한 측정장치에 있어서, 상기 브러쉬지지부에 탈부착되는 본체; 상기 본체에 지지되며, 상기 카본브러쉬의 타단을 향해 빛을 조사하여 상기 카본브러쉬의 마모 정도를 감지하는 센서; 상기 센서를 통해 조사되는 빛의 경로가 방해되지 않도록 상기 피그테일을 정렬하여 상기 센서의 감지구간을 제공하는 피그테일정리부;를 포함하는 것을 기술적 요지로 한다. 이에 의해 발전기의 고압에 따른 위험요소에 접근하지 않으면서 발전기가 작동되는 상황에서도 카본브러쉬의 소모량을 측정할 수 있으며, 발전기의 수명연장과 발전기의 카본브러쉬에 대한 적정한 관리를 할 수 있는 데이터를 제공하여 점검자의 불필요한 노력 및 비용을 저감시킬 수 있다.

Description

카본브러쉬 소모량 측정장치{Carbon brush consumption measurement apparatus}
본 발명은 카본브러쉬 소모량 측정장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발전기의 고압에 따른 위험요소에 접근하지 않으면서 발전기가 작동되는 상황에서도 카본브러쉬의 소모량을 측정할 수 있으며, 발전기의 수명연장과 발전기의 카본브러쉬에 대한 적정한 관리를 할 수 있는 데이터를 제공하여 점검자의 불필요한 노력 및 비용을 저감시킬 수 있는 카본브러쉬 소모량 측정장치에 관한 것이다.
일반적으로 발전기는 전자 유도작용을 이용하여 기계에너지를 전기에너지로 변환시키는 장치로, 도체가 자계 내에서 회전운동할 때 전력을 일으키는 원리를 이용한다. 이러한 발전기는 먼지나 습기 등의 불순물 침입방지와 수소가스의 누설을 방지하기 위하여 완전히 밀폐된 구조로 제작되며, 냉각매체로 수소가스와 물을 사용한다. 이러한 발전기는 회전자와 고정자로 구성되고, 회전자의 일단에는 정류를 위한 슬립링이 설치된다. 슬립링은 회전하는 구조이며 전기적 접속을 위하여 카본재질의 카본브러쉬가 접촉되도록 설치된다.
카본브러쉬(carbon brush)는 흑연을 주성분으로 한 세라믹 계통의 재질로서, 풍부한 윤활성, 높은 도전성, 내열성, 내마모성, 낮은 마찰특성을 갖도록 제조된다. 이러한 카본브러쉬는 회전자에 필수 구성요소 중의 하나로 소모성 부품에 해당하는데, 발전기의 경우 발전기가 교체되는 경우를 제외하고는 매일 24시간 동안 쉬지 않고 작동되기 때문에 발전기 작동 중에 소모품인 카본브러쉬의 교체시기를 정확히 판단하기 어렵다.
이에 종래에는 발전기가 작동되는 도중에 카본브러쉬 매거진(magazine)을 탈착하여 육안으로 카본브러쉬의 교체시기를 판단하고 있으며, 이는 적정한 카본브러쉬의 교체시기를 근거없이 점검자가 주관적으로 판단하기 때문에 그에 따른 카본브러쉬의 교체 및 구매 비용이 증가한다는 문제점이 있다. 또한 카본브러쉬의 적정한 교체시기를 판단할 수 있는 근거가 없기 때문에 매번 카본브러쉬 매거진을 탈착하여 점검자가 육안으로 카본브러쉬의 상태를 판단해야 하며, 이로 인해 점검자의 업무효율이 감소할 뿐 아니라 탈착과정에서 점검자가 발전기의 고압에 의해 사고가 날 우려가 있다는 문제점이 있다.
대한민국특허청 공개특허 제10-2009-0009472호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 발전기의 고압에 따른 위험요소에 접근하지 않으면서 발전기가 작동되는 상황에서도 카본브러쉬의 소모량을 측정할 수 있으며, 발전기의 수명연장과 발전기의 카본브러쉬에 대한 적정한 관리를 할 수 있는 데이터를 제공하여 점검자의 불필요한 노력 및 비용을 저감시킬 수 있는 카본브러쉬 소모량 측정장치를 제공하는 것이다.
상기한 목적은, 일단이 회전자와 접촉하는 복수 개의 카본브러쉬와, 상기 카본브러쉬를 지지하는 브러쉬지지부와, 상기 카본브러쉬를 상기 회전자 방향으로 가압하는 탄성스프링과, 상기 복수 개의 카본브러쉬의 타단에 각각 결합되어 상기 카본브러쉬와 전기적으로 연결된 복수 개의 피그테일을 포함하는 카본브러쉬 장치의 상기 카본브러쉬 소모량을 측정하기 위한 측정장치에 있어서, 상기 브러쉬지지부에 탈부착되는 본체; 상기 본체에 지지되며, 상기 카본브러쉬의 타단을 향해 빛을 조사하여 상기 카본브러쉬의 마모 정도를 감지하는 센서; 상기 센서를 통해 조사되는 빛의 경로가 방해되지 않도록 상기 피그테일을 정렬하여 상기 센서의 감지구간을 제공하는 피그테일정리부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 카본브러쉬 소모량 측정장치에 의해서 달성된다.
여기서, 상기 본체는, 상기 브러쉬지지부와 접촉하는 영역에 전자석을 포함하며, 상기 전자석의 자성에 의해 상기 본체가 상기 브러쉬지지부에 탈부착되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 카본브러쉬 소모량 측정장치는, 상기 센서를 지지하는 센서지지부; 상기 센서가 조사하는 빛이 상기 카본브러쉬의 타단에 닿도록 상기 센서지지부를 수평방향으로 위치 조절하는 센서위치조절부;를 포함하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 발전기의 고압에 따른 위험요소에 접근하지 않으면서 발전기가 작동되는 상황에서도 카본브러쉬의 소모량을 측정할 수 있으며, 발전기의 수명연장과 발전기의 카본브러쉬에 대한 적정한 관리를 할 수 있는 데이터를 제공하여 점검자의 불필요한 노력 및 비용을 저감시킬 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 카본브러쉬 소모량 측정장치의 사시도이고,
도 3은 브러쉬지지부와 본체의 분리 상태를 나타낸 사시도이다.
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 카본브러쉬 소모량 측정장치의 사시도이고, 도 3은 브러쉬지지부와 본체의 분리 상태를 나타낸 사시도이다.
본 발명에 따른 카본브러쉬 소모량 측정장치(1000)는, 발전기의 회전자와 전기적으로 접촉하는 카본브러쉬(11)가 회전자의 회전에 의해 지속적으로 마모되는데, 이러한 카본브러쉬(11)의 마모에 의한 소모량을 측정하는 장치(1000)에 관한 것이다. 이와 같이 카본브러쉬(11)를 포함하는 카본브러쉬 장치(10)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 카본브러쉬(11), 브러쉬지지부(12), 탄성스프링(미도시) 및 피그테일(13)을 포함한다.
카본브러쉬(11)는, 일단이 회전자와 접촉하며 수평방향을 따라 복수 개가 구비되는데, 바람직하게는 네 개의 카본브러쉬(11)가 구비된다. 이러한 카본브러쉬(11)는 카본 재질이며 사각형상으로 이루어진다.
브러쉬지지부(12)는, 복수 개의 카본브러쉬(11)를 지지하는 구성으로, 브러쉬지지부(12)에는 복수 개의 카본브러쉬(11)가 서로 일정 간격을 두고 이격된 상태로 배치된다. 이는 카본브러쉬(11)끼리 접촉한 상태에서 회전자와 마찰을 일으키는 경우 스파크가 발생할 위험을 감소시키기 위함이다.
탄성스프링은, 카본브러쉬(11)의 타단에 결합되어 브러쉬지지부(12)에 지지되며, 카본브러쉬(11)를 회전자 방향으로 가압하는 역할을 한다. 카본브러쉬(11)는 회전자에 지속적으로 마모되면서 길이가 감소하게 되며, 길이 감소에 의해 카본브러쉬(11)가 회전자로부터 이격되어 전기적 연결이 끊어질 수 있다. 이를 방지하기 위해 카본브러쉬(11)의 타단에 탄성스프링을 설치하여 카본브러쉬(11)가 마모에 의해 길이가 줄어들더라도 탄성스프링에 의해 카본브러쉬(11)가 회전자 방향으로 가압되어 카본브러쉬(11)와 회전자 간의 접촉이 지속되도록 할 수 있다.
피그테일(pigtail, 13)은, 구리선을 꼬아서 만든 선으로, 복수 개의 카본브러쉬(11) 타단에 각각 결합되어 카본브러쉬(11)와 전기적으로 연결된 선에 해당한다.
카본브러쉬 장치(10)에 포함된 카본브러쉬(11)의 소모량을 측정하기 위한 본 발명의 카본브러쉬 소모량 측정장치(1000)는, 회전자와 접촉하고 있는 카본브러쉬 장치(10)에 탈부착 가능하도록 형성된다. 카본브러쉬(11)의 소모량을 체크할 필요가 있는 경우 카본브러쉬 소모량 측정장치(1000)를 카본브러쉬 장치(10)에 결합시켜 측정하고, 이후에는 도 3에 도시된 바와 같이 카본브러쉬 소모량 측정장치(1000)를 카본브러쉬 장치(10)로부터 제거하여 다른 카본브러쉬 장치(10)의 카본브러쉬(11) 소모량을 측정할 수 있게 된다. 즉, 하나의 카본브러쉬 소모량 측정장치(1000)를 이용하여 다층으로 적층된 카본브러쉬 장치(10)의 카본브러쉬(11) 상태를 모두 측정할 수 있게 된다. 이와 같은 카본브러쉬 소모량 측정장치(1000)는 다층으로 쌓인 복수 개의 카본브러쉬 장치(10)에 각각 구비되는 것이 아니라, 하나의 카본브러쉬 소모량 측정장치(1000)를 통해 복수 개의 카본브러쉬 장치(10)를 용이하게 체크 가능하다.
이러한 본 발명의 카본브러쉬 소모량 측정장치(1000)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본체(100), 센서(200), 센서지지부(300), 센서위치조절부(400) 및 피그테일정리부(500)를 포함한다.
본체(100)는, 브러쉬지지부(12)에 접촉하여 브러쉬지지부(12)에 탈부착되는 구성에 해당한다. 이때 본체(100)는 브러쉬지지부(12)와 접촉하는 영역에 전자석(110)을 포함하며, 전자석(110)의 자성에 의해 본체(100)가 브러쉬지지부(12)에 탈부착된다. 이와 같은 전자석(110)의 자성에 의해 본체(100)가 브러쉬지지부(12)에 탈부착되는데, 전자석(110)에 전류가 흐를 경우 자성을 띠게 되어 본체(100)와 브러쉬지지부(12)가 결합되고, 본체(100)를 브러쉬지지부(12)로부터 분리해야 하는 경우에는 전자석(110)으로 전류의 공급을 중단시켜 본체(100)와 브러쉬지지부(12)가 용이하게 분리될 수 있다. 이와 같은 구동이 가능하도록 브러쉬지지부(12)는 전자석(110)과 자성결합이 가능한 금속소재로 이루어지는 것이 바람직하다.
점검자가 카본브러쉬 소모량 측정장치(1000)를 이용하여 카본브러쉬(11)의 길이를 측정할 때 카본브러쉬 소모량 측정장치(100)가 점검자의 손떨림에 의해 흔들리는 것을 방지하고, 카본브러쉬 장치(10)에 안정적으로 지지된 상태로 카본브러쉬(11)의 소모량이 측정되도록 전자석(110)의 경우 제1전자석(111) 및 제2전자석(112)이 한 쌍으로 구비될 수도 있다.
센서(200)는, 카본브러쉬(11)의 타단을 향해 빛을 조사하여 카본브러쉬(11)의 마모 정도를 감지하며, 이를 통해 카본브러쉬(11)의 소모량을 확인할 수 있는 구성에 해당한다. 이러한 센서(200)는 본체(100)에 지지되어 빛 조사를 통해 거리 측정이 가능한 광센서에 해당하며, 센서(200)는 빛을 조사하고 되돌아오는 빛을 감지하여 카본브러쉬(11)의 소모량을 확인할 수 있다.
카본브러쉬(11)가 마모될 경우 탄성스프링에 의해 회전자 방향으로 가압되며, 이에 의해 센서(200)와 카본브러쉬(11) 간의 거리가 점점 멀어지게 된다. 이와 같이 카본브러쉬(11)와 센서(200) 간의 거리를 센서(200)를 통해 감지하여 카본브러쉬(11)의 소모량을 측정 및 예측할 수 있게 된다. 이때, 측정 결과가 처음 카본브러쉬(11)의 길이에 대해 40 내지 60%의 길이가 감소하였을 경우 카본브러쉬(11)를 교체하는 것이 바람직하다.
이러한 센서(200)는 하나의 카본브러쉬(11)에 하나의 센서(200)가 구비되도록 하여 보다 정확하게 각각에 대한 카본브러쉬(11)의 소모량을 측정할 수 있도록 한다. 이에 복수 개의 카본브러쉬(11)에 맞춰 센서(200)도 복수 개로 구비되며, 바람직하게는 네 개의 카본브러쉬(11)가 구비될 경우 마찬가지로 센서(200)도 네 개로 구비될 수 있다.
센서(200)를 통해 감지된 카본브러쉬(11)의 소모량은 점검자가 구비하고 있는 단말기(미도시)로 해당 정보가 전송될 수 있다. 단말기는 카본브러쉬 소모량 측정장치(1000)와 각각의 카본브러쉬 장치(10)에 대한 코드를 생성하고, 단말기에 카본브러쉬(11)의 규격, 재질, 경도, 굴곡강도, 비저항, 허용전류 정보를 등록하여 점검자가 이를 확인할 수 있도록 한다. 또한, 단말기는 카본브러쉬 장치(10) 각각에 부여된 코드에 따라 센서(200)를 통해 감지된 카본브러쉬(11)의 소모량을 저장하고, 이를 통해 카본브러쉬(11)의 소모량 예측값, 교체시기 예측일자, 실 교체일자 등의 정보를 저장 및 관리할 수 있다.
또한, 단말기 이외에도 단말기의 정보를 확인할 수 있는 디스플레이부(미도시)를 더 포함할 수 있으며, 이러한 디스플레이부에는 카본브러쉬(11)의 소모량 측정값을 관리하는 시리얼 인터페이스, 측정값을 관리하는 프로그램 등이 더 포함될 수 있다.
센서지지부(300)는, 복수 개의 카본브러쉬(11)에 맞춰 복수 개로 구비된 센서(200)를 지지하기 위한 구성으로, 센서지지부(300)에는 복수 개의 센서(200)가 수평방향으로 나란히 배열된다. 이러한 센서지지부(300)는 본체(100)와 일체형으로 형성되거나 또는 별도로 구비되어 본체(100)와 결합될 수 있으며, 센서지지부(300)는 복수 개의 센서(200)에 맞춰 각각이 개별적으로 센서(200)를 지지할 수 있도록 형성되는 것이 바람직하다.
센서위치조절부(400)는, 센서(200)가 조사하는 빛이 카본브러쉬(11)의 타단에 닿도록 센서지지부(300)를 수평방향으로 위치 조절하는 구성이다. 카본브러쉬 장치(10)마다 카본브러쉬(11)의 위치가 미세하게 다르게 설치되는 경우가 있는데, 이 경우 센서(200)가 카본브러쉬(11)의 타단에 제대로 빛을 조사하지 못할 수도 있다. 따라서 센서(200)가 빛을 조사할 때 각 센서(200)에 해당하는 카본브러쉬(11)의 타단에 제대로 조사되도록 센서위치조절부(400)를 통해 센서(200)의 위치를 조절하게 된다.
이러한 센서위치조절부(400)는 복수 개의 센서지지부(300)를 개별적으로 위치 조절 가능하도록 각각 개별적으로 구비되며, 센서위치조절부(400)는 스크류 형상으로 나사산이 형성되고 이에 맞춰 센서지지부(300)도 나사산을 가지는 조절공(310)을 포함한다. 이와 같은 형상으로 인해 센서위치조절부(400)를 회전시키게 되면 센서지지부(300)의 위치가 미세하게 조절되어 센서(200)가 카본브러쉬(11)의 타단에 배치될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이 하나의 센서위치조절부(400)는 센서지지부(300)에 모두 지지되어 있으나, 하나의 센서지지부(300)에만 연결되어 있으며 다른 센서지지부(300)에는 단순히 지지된 상태로 존재한다. 이와 같은 상태에서 센서위치조절부(400)를 회전시키게 되면 단순히 지지된 다른 센서지지부(300)에서는 센서위치조절부(400)가 공회전하게 되며, 센서위치조절부(400)와 연결된 센서지지부(300)는 수평방향으로 미세하게 이동할 수 있게 된다.
피그테일정리부(500)는, 본체(100)에 결합되어 피그테일(13)을 향해 돌출된 구성으로, 센서(200)를 통해 조사되는 빛의 경로가 방해되지 않도록 피그테일(13)을 정렬하여 센서(200)의 감지구간을 제공한다. 피그테일(13)의 경우 카본브러쉬(11)의 타단부에 결합되어 있기 때문에 센서(200)가 카본브러쉬(11)의 타단에 빛을 조사할 때 피그테일(13)이 방해되어 카본브러쉬(11)의 타단에 빛이 제대로 닿지 않게 된다. 따라서 센서(200)가 조사하는 빛이 카본브러쉬(11)의 타단에 원활하게 도달할 수 있도록 카본브러쉬(11)의 타단을 노출시키기 위해 피그테일(13)을 옆으로 밀어내어 정렬하도록 피그테일정리부(500)가 구비된다. 이러한 피그테일정리부(500)는 복수 개의 카본브러쉬(11)의 개수에 맞춰 복수 개로 구성될 수 있으며, 바람직하게는 네 개의 카본브러쉬(11)에 맞춰 네 개의 피그테일정리부(500)가 구비될 수 있다.
종래에 따른 발전기용 카본브러쉬의 소모량을 측정하기 위해서는, 발전기가 작동되는 도중에 점검자가 매번 카본브러쉬를 탈부착하여 육안으로 카본브러쉬의 교체시기를 확인하였다. 하지만 이 경우 카본브러쉬의 교체시기를 근거없이 점검자가 주관적으로 판단하기 때문에 그에 따른 카본브러쉬의 교체 및 구매 비용이 증가한다는 문제점이 있다. 또한 매번 카본브러쉬를 탈부착 함에 의해 점검자의 업무효율이 감소할 뿐 아니라 탈착과정에서 점검자가 발전기의 고압에 의해 사고가 날 우려가 있다는 문제점이 있었다. 이에 비해 본 발명의 카본브러쉬 소모량 측정장치(1000)의 경우, 발전기의 고압에 따른 위험요소에 접근하지 않으면서 발전기가 작동되는 상황에서도 카본브러쉬 소모량 측정장치(1000)를 간단하게 탈부착함에 의해 카본브러쉬의 소모량을 측정할 수 있으며, 발전기의 수명연장과 발전기의 카본브러쉬에 대한 적정한 관리를 할 수 있는 데이터를 제공하여 점검자의 불필요한 노력 및 비용을 저감시킬 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
10: 카본브러쉬 장치
11: 카본브러쉬
12: 브러쉬지지부
13: 피그테일
100: 본체
110: 전자석
111: 제1전자석
112: 제2전자석
200: 센서
300: 센서지지부
310: 조절공
400: 센서위치조절부
500: 피그테일정리부
1000: 카본브러쉬 소모량 측정장치

Claims (3)

  1. 일단이 회전자와 접촉하는 복수 개의 카본브러쉬와, 상기 카본브러쉬를 지지하는 브러쉬지지부와, 상기 카본브러쉬를 상기 회전자 방향으로 가압하는 탄성스프링과, 상기 복수 개의 카본브러쉬의 타단에 각각 결합되어 상기 카본브러쉬와 전기적으로 연결된 복수 개의 피그테일을 포함하는 카본브러쉬 장치의 상기 카본브러쉬 소모량을 측정하기 위한 측정장치에 있어서,
    금속소재로 이루어진 상기 브러쉬지지부와 접촉하는 영역에 전자석을 포함하며, 상기 전자석의 자성에 의해 상기 브러쉬지지부에 탈부착되는 본체;
    상기 본체에 지지되며, 상기 카본브러쉬의 타단을 향해 빛을 조사하여 상기 카본브러쉬의 마모 정도를 감지하는 센서; 및
    상기 센서를 통해 조사되는 빛의 경로가 방해되지 않도록 상기 피그테일을 정렬하여 상기 센서의 감지구간을 제공하며, 상기 센서가 조사하는 빛이 상기 카본브러쉬의 타단에 원활하게 도달할 수 있도록 상기 카본브러쉬의 타단을 노출시키기 위해 상기 피그테일을 옆으로 밀어내어 정렬하는 피그테일정리부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 카본브러쉬 소모량 측정장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 카본브러쉬 소모량 측정장치는,
    상기 센서를 지지하는 센서지지부;
    상기 센서가 조사하는 빛이 상기 카본브러쉬의 타단에 닿도록 상기 센서지지부를 수평방향으로 위치 조절하는 센서위치조절부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 카본브러쉬 소모량 측정장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 센서위치조절부는 복수 개의 상기 센서지지부를 개별적으로 위치 조절 가능하도록 각각 개별적으로 구비되며, 상기 센서위치조절부는 스크류 형상으로 나사산이 형성되고 이에 맞춰 상기 센서지지부도 나사산을 가지는 조절공을 포함하는 것을 특징으로 하는 카본브러쉬 소모량 측정장치.
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